KR102052931B1 - 핫스탬핑 금형 장치 - Google Patents

Abstract

복수의 플레이트를 세워서 차례로 면대면 중첩시켜 구성된 서브 어셈블리를 갖는 핫스탬핑 금형 장치가 소개된다. 서로 인접한 플레이트들의 중첩면들에 서로 대응하는 그루브를 형성함에 의해 중첩면들을 따라 연장되는 제1 냉각채널이 마련된다. 서브 어셈블리들 중 적어도 어느 하나에는, 해당 서브 어셈블리를 길이방향으로 관통하는 제2 냉각채널이 마련된다.

Description

핫스탬핑 금형 장치{HOT STAMPING DIE APPARATUS}

본 발명은 핫스탬핑 금형 장치, 특히 냉각 성능이 우수한 핫스탬핑 금형 장치에 관한 것이다.

최근 연비 규제나 안전법규의 강화 등으로 차량 부품의 경량화 및 고강도화가 최대 이슈가 되고 있다. 이에 따라 국내외 차량 제조업계에서는 핫스탬핑 부품의 적용을 대폭 확대하고 있는 추세이다. 핫스탬핑은 영국특허 제1490535호에서 소개된 바 있다.

핫스탬핑은 강판을 오스테나이트화 온도 이상, 예로서 900℃ 이상 가열 후, 프레스 성형함하면서 동시에 급냉시켜 고강도 강부품을 제조하는 것이 특징이다. 강판을 고온 가열하는 특성상 산화방지를 위해 표면에 Al이나 Zn이 도금된 강판이 사용된다. Al 도금강판의 예로는 보론강 22MnB5에 기반한 Usibor 1500이 있다.

핫스탬핑에 의한 차량 부품의 제조에 있어 중요한 관심대상은 생산성과 품질이다. 핫스탬핑 공정의 생산성 향상 방안으로 미국특허 제9,631,248호에서 전기로에 고주파유도가열로를 혼합한 가열로가 제안되었다. 핫스탬핑 부품의 품질에 영향을 주는 주요한 요인 중 하나는 금형의 냉각성능이다.

도 1에서 보듯이, 종래 핫스탬핑 금형(500)은 성형면(504)을 갖는 복수 개 서브 어셈블리(502)을 조립하여 제작된다. 이 금형(500)의 냉각채널(506)은 건 드릴링에 의해 서브 어셈블리들(502)에 길이방향으로 다수의 홀을 가공함에 의해 마련될 수 있다. 성형면(504)과 냉각채널(506) 간의 거리가 짧을수록 냉각성능에 유리한데, 금형(500)은 3차원의 복잡한 형상을 가지므로 그 거리를 짧게 하는 것이 용이하지 않다.

본 발명은 위와 같은 종래기술에 대한 인식에 기초한 것으로, 냉각성능이 우수한 개선된 핫스탬핑 금형 장치를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 제조하고자 하는 성형품이 복잡한 형상을 갖고 이에 대응하여 금형의 성형면 형상이 복잡하더라도, 금형의 성형면을 균일하게 그리고 효과적으로 냉각할 수 있는 핫스탬핑 금형 장치를 제공하고자 한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 반드시 위에 언급된 사항에 국한되지 않으며, 미처 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하 기재되는 사항에 의해서도 이해될 수 있을 수 있을 것이다.

위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 핫스탬핑 금형 장치는 제1 성형면을 갖는 제1 금형; 및 상기 제1 성형면에 대응하는 제2 성형면을 갖는 제2 금형;를 포함하며, 제1 및 제2 금형은 각각 서로 결합된 복수의 서브 어셈블리를 구비한다.

본 발명에 의하면 상기 서브 어셈블리들은 복수의 플레이트를 세워서 차례로 면대면 중첩시켜 구성될 수 있다. 서로 인접한 플레이트들의 중첩면들에 서로 대응하는 그루브를 형성함에 의해 중첩면들을 따라 연장되는 제1 냉각채널이 마련될 수 있다.

본 발명에 의하면 상기 서브 어셈블리들 중 적어도 어느 하나에는, 해당 서브 어셈블리를 길이방향으로 관통하는 제2 냉각채널이 마련되며, 이 제2 냉각채널은 해당 서브 어셈블리의 성형면과 제1 냉각채널 사이에 배치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 제1 및 제2 금형의 합형 시, 제1 금형을 구성하는 서브 어셈블리들 간의 제1 중첩면들과 제2 금형을 구성하는 서브 어셈블리들 간의 제2 중첩면들이 서로 어긋나게 배열될 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 제1 및 제2 금형 중 적어도 어느 하나는, 플레이트들이 금형의 길이방향으로 배열된 제1 서브 어셈블리의 배열과, 플레이트들이 금형의 폭방향으로 배열된 제2 서브 어셈블리 배열을 구비할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 냉각채널을 성형면의 굴곡 혹은 형상을 따라 성형면에 가깝게 냉각채널을 형성할 수 있다. 금형의 냉각성능이 개선된다.

또한 본 발명에 의하면 성형품이 복잡한 형상을 갖고 이에 대응하여 금형의 성형면 형상이 복잡하더라도, 금형의 성형면을 균일하게 그리고 효과적으로 냉각할 수 있다.

도 1은 종래의 핫스탬핑 금형의 예를 도인 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 금형을 보인 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금형 플레이트를 보인 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금형 플레이트들로 구성된 서브 어셈블리의 예를 보인 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서브 어셈블리 내부의 냉각채널 구조를 보인 도면,
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 핫스탬핑 금형을 보인 도면,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 금형 장치를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 서브 어셈블리를 보인 도면,
도 9는 도 9에 도시된 것과 같은 서브 어셈블리를 구성하는 금형 플레이트들의 예를 보인 도면,
도 10은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 금형 플레이트를 보인 도면,
도 11은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 금형 플레이트를 보인 도면,
도 12는 도 11에 도시된 것과 같은 금형 플레이트들을 이용하여 서브 어셈블리를 구성한 경우의 냉각채널의 구조를 보인 도면이다.

이하 본 발명의 여러 특징적인 측면을 이해할 수 있도록 실시예를 들어 보다 상세히 살펴보기로 한다. 첨부된 도면들에서 동일 또는 동등한 구성요소들 또는 부품들은 설명의 편의를 위해 가능한 한 동일한 참조부호로 표시되며, 도면들은 본 발명의 특징에 대한 명확한 이해와 설명을 위해 과장되게 그리고 개략적으로 도시될 수 있다.

본 발명에 대한 설명에서, 특별한 한정이 없는 한, 제2 요소가 제1 요소 '상'에 배치되거나 두 요소가 서로 '연결'된다고 하는 것은, 두 요소가 서로 직접 접촉 혹은 연결된 것은 물론 제3 요소의 개재를 통해 제1 및 제2 요소가 서로 관계를 맺는 것을 허용한다. 전후, 좌우 또는 상하 등의 방향 표현은 설명의 편의를 위한 것일 뿐이다.

도 2에는 실시예에 따른 금형(10)이 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 금형(10)은 4개의 서브 어셈블리(11a,11b,11c,11d: 11)으로 구성된다. 각 서브 어셈블리(11)의 상면은 부품에 형상을 부여하기 위한 성형면(F)을 이루며, 하부는 클램프(C)에 의해 고정될 수 있다. 각 서브 어셈블리(11)는 복수의 플레이트(20)로 구성된다.

도 3을 참조하면, 플레이트(20)의 일면(21)에는 냉각채널(23)을 구성하는 그루브가 형성된다. 그루브의 폭방향 양측 가장자리를 따라서는 냉각채널(23)의 실링을 위한 실링홈(24) 마련되며, 이 실링홈에 O-링(미도시)이 삽입된다. 냉각채널(23)은 성형면(F)에 최대한 근접되게 형성되는 것이 좋다. 플레이트(20)의 면에 그루브를 가공하는 것이므로, 성형면(F)이 복잡한 형상을 갖더라도 냉각채널(23)을 성형면에 근접시켜 형성할 수 있다. 냉각채널(23)은 플레이트(20)의 면을 따라 오른쪽 입구에서 공급되어 왼쪽 출구로 배출될 수 있다.

도 4를 참조하면, 서브 어셈블리(11)는 복수 개의 플레이트(20)를 세워서 차례로 면대면 중첩시켜 제작된다. 각 플레이트(20) 간에는 이들을 조립하기 위한 고정부재가 마련될 수 있으며, 각 플레이트(20)의 상면은 성형면(F)을 이룬다. 인접 플레이트들(20) 간의 중첩면에는 원형의 냉각채널(23)을 이루도록 서로 대응하는 그루브가 형성된다.

도 4에서 차례로 중첩된 5개의 플레이트들 중에 최외곽에 배치된 2개의 플레이트(20a,20e)는 인접한 플레이트와 오직 1개의 중첩면을 갖는다. 이들 플레이트(20a,20e)는 한 면에만 그루브가 형성된다. 나머지 3개의 플레이트들(20b,20c,20d)은 양면에 그루브가 형성된다. 도 4에서 21로 지시된 플레트(20e)의 면은 다른 서브 어셈블리와 접하는 면으로, 여기에는 냉각채널(23)이 형성되지 않는다. 서브 어셈블리들(11)간의 조립 편의와 냉각채널(23)의 실링 등을 고려하여, 서브 어셈블리(11)의 양 사이드면에는 냉각채널(23)이 형성되지 않을 수 있다.

도 5에는 서브 어셈블리(11) 내부의 냉각채널(23)이 도시되어 있다. 서브 어셈블리(11)는 금형 장치의 베이스(미도시)에 고정되는데, 이 베이스에 냉각채널(23)로 냉각수를 공급하기 위한 유로가 마련된다. 공급유로(101)를 통해 공급된 냉각수는 플레이트(20)의 면에 마련된 냉각채널(23)을 따라 흐른 후, 배출유로(102)로 배출된다. 플레이트들(20) 간의 중첩면들에 각각 냉각채널(23)의 입구와 출구가 마련될 수 있다.

도 6에는 또 하나의 실시예에 따른 금형이 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 4개의 서브 어셈블리들(11a,11b,11c,11d)은 금형의 길이방향으로 배열된 제1 서브 어셈블리의 배열을 이루고, 3개의 서브 어셈블리들(12a,12b12c)는 금형의 폭방향으로 배열된 제2 서브 어셈블리 배열을 이룰 수 있다. 서브 어셈블리(11)의 양측 사이드면에는 냉각채널(23)이 형성되지 않으므로, 서브 어셈블리들이 어느 하나의 방향으로만 배열된 경우 서브 어셈블리들(11) 간의 접촉부위가 규칙적으로 배열되어 냉각성능의 저하를 야기할 수 있다.

도 7a에는 실시예에 따른 핫스탬핑 금형 장치가 도시되어 있다. 도 7a에서 보듯이, 상부 금형(10a)을 이루는 서브 어셈블리들(1a,2a,3a,4a,5a) 간의 제1 중첩면이 하부 금형(10b)을 이루는 서브 어셈블리들(1b,2b,3b,4b,5b) 간의 제2 중첩면과 서로 일치할 경우, 도면에서 X, Y로 표시된 부위의 냉각성능이 저하된다.

도 7b에는 또 하나의 실시예에 따른 핫스탬핑 금형 장치가 도시되어 있다. 도 7b에서 보듯이, 상부 금형(10a)을 이루는 서브 어셈블리들(1a,2a,3a,4a,5a,6a) 간의 제1 중첩면은 하부 금형(10b)을 이루는 서브 어셈블리들(1b,2b,3b,4b,5b) 간의 제2 중첩면과 서로 일치하지 않고 어긋나게 배치된다. 도 7a의 예에서와 같은 규칙적인 냉각성능 저하 부위가 나타나지 않는다.

도 8에는 또 하나의 실시예에 따른 서브 어셈블리(13)가 도시되어 있다. 이 서브 어셈블리(13)의 어느 일면에 냉각채널(23)의 입구(23a)가 마련되고, 타측면에 출구(23b)가 마련되며, 입구(23a)와 출구(23b) 사이에서 제1 냉각채널(23)을 따라 흐르는 냉각수가 플레이트들(20)을 관통하여 흐른다. 플레이트들(20) 간의 중첩면에는 앞서의 실시예에서와 같이 냉각채널(23)을 이루는 그루브가 형성된다. 플레이트(20)의 일면에 형성된 냉각채널(23)이 해당 플레이트의 타면에 형성된 냉각채널(23)에 연결될 수 있도록 플레이트들(20)에는 연결홀(26)이 마련된다.

도 9에는 도 8에 도시된 것과 서브 어셈블리(13)를 구성하는 플레이트들(20)이 도시되어 있다.

도 9를 참조하면, 제1 플레이트(20a')의 일면(21)에는 냉각채널이 형성되지 않고 타면에 냉각채널이 형성된다. 제1 플레이트(20a')의 타면에 제2 플레이트(20b')의 일면(21)이 중첩된다. 제1 플레이트(20a')의 타면에는 제2 플레이트(20b')의 일면(21)에 형성된 냉각채널(23)에 대응하는 형상의 냉각채널이 형성된다. 제2 플레이트(20b')에는 이의 일면(21)에 형성된 냉각채널(23)을 흐르는 냉각수가 제3 플레이트(20c') 측으로 공급될 수 있도록 연결홀(26)이 마련된다. 제3 플레이트(20c')의 일면은 제2 플레이트(20b')의 타면에 중첩된다. 제2 플레이트(20b')의 타면에는 제3 플레이트(20c')의 일면에 형성된 냉각채널(23)에 대응하는 형상의 냉각채널(23)이 형성된다. 제3 플레이트(20c')에도 제4 플레이트(20d') 측으로 냉각수가 공급될 수 있도록 연결홀(26)이 마련된다.

도 10을 참조하면, 플레이트(30)의 성형면 측에는 돌출부(35)가 있을 수 있다. 이 경우 냉각채널(33)을 최대한 성형면을 따라서 형성하기 위해, 35a로 지시된 것과 같은 절곡된 냉각채널이 형성될 수 있다. 그러나 이렇게 다소 급격히 절곡된 냉각채널(35a)이 형성된 경우, 냉각수의 흐름이 좋지 않아 절곡된 냉각채널(35a) 주변에 충분히 냉각되지 않는 부위가 발생하게 한다. 도면부호 34는 O-링 홈이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 서브 어셈블리의 길이방향으로 돌출부(35)와 같은 냉각이 잘되지 않는 부위가 있는 경우, 서브 어셈블리의 길이방향으로 돌출부(35)를 관통하는 제2 냉각채널(36)이 마련될 수 있다. 제2 냉각채널(36)은 해당 서브 어셈블리의 성형면과 제1 냉각채널(33) 사이에 배치된다.

이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 또는 변형될 수 있다는 것이 이해될 필요가 있다.

10: 금형 11,12,13: 서브 어셈블리
20: 플레이트 23: 냉각채널

Claims (3)

1. 제1 성형면을 갖는 제1 금형; 및
   상기 제1 성형면에 대응하는 제2 성형면을 갖는 제2 금형을 포함하며,
   상기 제1 및 제2 금형은 각각 서로 결합된 복수의 서브 어셈블리를 구비하며,
   상기 서브 어셈블리는 복수의 플레이트를 차례로 면대면 중첩시킴에 의해 마련되며, 서로 인접한 플레이트들의 중첩면들에는 서로 대응하는 그루브를 형성함에 의해 중첩면들을 따라 연장되는 제1 냉각채널이 마련되고,
   상기 제1 및 제2 금형의 합형 시 제1 금형을 구성하는 서브 어셈블리들 간의 제1 중첩면들과 제2 금형을 구성하는 서브 어셈블리들 간의 제2 중첩면들이 서로 어긋나게 배열되도록 구성되며,
   상기 제1 및 제2 금형 중 적어도 어느 하나는, 플레이트들이 금형의 길이방향으로 배열된 제1 서브 어셈블리의 배열과, 플레이트들이 금형의 폭방향으로 배열된 제2 서브 어셈블리 배열을 구비하며,
   상기 서브 어셈블리들 중 적어도 어느 하나의 성형면에 돌출부가 길이방향으로 연장 형성되고, 서브 어셈블리를 길이방향으로 돌출부를 관통하는 제2 냉각채널이 마련되며, 이 제2 냉각채널은 해당 서브 어셈블리의 성형면과 제1 냉각채널 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 금형 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 서브 어셈블리들 중 적어도 어느 하나의 서브 어셈블리는 일측에 마련된 제1 냉각채널의 입구와 타측에 마련된 제2 냉각채널의 출구를 구비하며, 입구와 출구 사이에서 제1 냉각채널을 따라 흐르는 냉각수가 플레이트들을 관통하여 흐르며, 플레이트의 일면에 형성된 제1 냉각채널이 해당 플레이트의 타면에 형성된 제1 냉각채널에 연결될 수 있도록 플레이트들에 연결홀이 마련된 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 금형 장치.
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